DE19542534C1

DE19542534C1 - Induced heat radiation generating and detecting apparatus radiation

Info

Publication number: DE19542534C1
Application number: DE19542534A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Petry
Original assignee: Phototherm Dr Petry GmbH
Current assignee: Phototherm Dr Petry GmbH
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: WO1997018459A1; US6172366B1; EP0861433A1

Abstract

The invention relates to a device for producing and detecting induced heat radiation, in which movable mirror components (3, 6) are moved into and out of a crossed beam path (23) across a stepping motor (8) so as to be isogonal in the beam path (23). The stepping motor (8) is controlled in such a manner that when the mirror components (3, 6) enter and leave the beam path (23), there is maximum speed. In another embodiment, a mirror component is pushed into and out of the beam path (23) at a fixed angle of deviation. These embodiments ensure that there is a reduction in the test errors caused by only short-term, uneven illumination of an object (12), a detector (13) being partial acting upon by heat radiation and by overlapping of the illumination and emission phase, and the collinearity of an ejected beam (2) of a radiation source (1) and of induced heat radiation (22) is also ensured to achieve a measurement which is as independent of distance as possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von induzierter Wärmestrahlung mit einer Anregungsstrahlungsquelle, mit deren Ausgangs strahlung ein Objekt beaufschlagbar ist, mit einem Detektor, mit dem durch die Ausgangsstrahlung der Anregungsstrahlungsquelle induzierte Wärmestrahlung detektierbar ist, und mit einer in dem Strahlengang zwischen der Anregungsstrahlungsquelle, dem Objekt und dem Detektor angeordneten Strahlablenk einrichtung, wobei die Ausgangsstrahlung und die Wärmestrahlung zwischen dem Objekt und der Strahl ablenkeinrichtung in einem Überlagerungsabschnitt kollinear verlaufen und wobei die Strahlablenk einrichtung über wenigstens ein mit einer Antriebs einheit verbundenes Spiegelelement verfügt, das mit der Antriebseinheit den Überlagerungsabschnitt be grenzt.The invention relates to a device for generating and detecting induced heat radiation with a Excitation radiation source, with its output radiation an object can be acted upon with a Detector with which by the output radiation of the Excitation radiation source induced heat radiation is detectable, and with one in the beam path between the excitation radiation source, the object and the beam deflector arranged in the detector device, the output radiation and the Heat radiation between the object and the beam deflection device in an overlay section run collinear and where the beam deflection device via at least one with a drive unit connected mirror element that with the overlay section of the drive unit borders.

Eine derartige Vorrichtung ist aus DE-OS 23 00 436 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein gegenüber einem gepulsten und fokussierten Ausgangsstrahl eines Lasers als Anregungsstrahlungsquelle geneigter Kipp spiegel vorgesehen, mit dem zum einen der Ausgangs strahl auf ein zu untersuchendes Objekt lenkbar ist und zum anderen nach Verkippen von dem Objekt aus dem bestrahlten Bereich abgegebene, zu dem Ausgangsstrahl kollineare Infrarotstrahlung auf einen Detektor lenk bar ist. Such a device is from DE-OS 23 00 436 known. In this device, one is opposite a pulsed and focused output beam from a Laser tilted as excitation radiation source Mirror provided with the one of the output beam can be directed onto an object to be examined and secondly after tilting the object out of the irradiated area emitted to the output beam direct collinear infrared radiation onto a detector is cash.

Mit dieser Vorrichtung sind zwar an dem Objekt Unter suchungen bezüglich der Wärmedissipation als Reaktion auf die gepulste, fokussierte Bestrahlung durchführ bar, allerdings ist diese Ausführung für Reihenunter suchungen in der industriellen Qualitätsüberwachung aufgrund der genau einzuhaltenden Kippwinkel einmal gegenüber dem Ausgangsstrahl sowie zum anderen gegen über dem Detektor und der dadurch bedingten Stör anfälligkeit wenig geeignet. Zudem müssen zusätzliche Einrichtungen vorgesehen sein, damit beim Erfassen der Infrarotstrahlung die Ausgangsstrahlung von dem sich bewegenden Kippspiegel ferngehalten wird, um eine Bestrahlung des hochempfindlichen Detektors mit vagabundierender Streustrahlung zu verhindern. Weiterhin ist eine Folge der Verkippung des Spiegels, daß die Endstellungen mit den präzise zu erreichenden Ablenkwinkeln erst nach verhältnismäßig langer Zeit stabil eingenommen sind.With this device are on the object under Searches for heat dissipation as a reaction on the pulsed, focused radiation bar, but this version is for row bottom searches in industrial quality control due to the tilt angle to be observed exactly once against the exit beam as well as against the other over the detector and the resulting interference vulnerability little suitable. In addition, additional Means be provided so that when capturing the infrared radiation the output radiation from the moving tilt mirror is kept away irradiation of the highly sensitive detector with to prevent stray radiation. Another consequence is the tilting of the mirror, that the end positions with the precise to be reached Deflection angles only after a relatively long time are stable.

Aus DE-PS 12 91 533 ist eine Vorrichtung zur Trennung und Wiedervereinigung optischer Strahlung bekannt, bei der sich mittels rotierender Spiegel scheiben mit spiegelnden, absorbierenden und durch lässigen Sektoren, die unterschiedliche Sektoren winkel aufweisen, unabhängig vom Weg der Strahlung in zwei Armen mit einer Vergleichs- und einer Meß substanz gleich lange und genau reproduzierbare Dunkelpausen erzeugen lassen. Dabei sind gewisse Toleranzen in der relativen Phase der Spiegelscheiben und der Kongruenz zwischen den Strahlquerschnitten im Trenn- und Vereinigungsbereich zulässig, ohne daß es zu fehlerhaften Messungen kommt. From DE-PS 12 91 533 a device for Separation and reunification of optical radiation known, in the case of rotating mirrors discs with reflecting, absorbing and through casual sectors that are different sectors have angles, regardless of the path of the radiation in two arms with a comparison and a measurement substance of the same length and exactly reproducible Have dark breaks generated. There are certain Tolerances in the relative phase of the mirror disks and the congruence between the beam cross sections in the Separation and union area allowed without it incorrect measurements occur.

Aus GB 1 484 181 ist ein Verfahren und eine Vor richtung zur Kontrolle beim Herstellen von Schweiß nähten bekannt, bei der beidseitig der aufgebrachten Schweißnaht austretende Infrarotstrahlung in zwei Strahlbündel über ein Sektorenrad mit spiegelnden und durchbrochenen Sektoren auf einen Detektor gelenkt wird. Dadurch ist die Qualität der Schweißnaht zu verlässig zu überwachen.From GB 1 484 181 is a method and a pre Direction to control when making sweat stitching known on both sides of the applied Infrared radiation emerging in two Beams over a sector wheel with reflective and broken sectors directed to a detector becomes. This causes the quality of the weld seam to increase monitor reliably.

Aus DE 40 15 893 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen und zerstörungsfreien Untersuchung der inneren und/oder äußeren Struktur ab sorptionsfähiger Prüflinge bekannt, wobei mit einem intensitätsmodulierten Anregungsstrahl örtlich eine induzierte Temperaturmodulation erzeugbar ist. Die zu rückgeworfene Infrarotstrahlung ist mittels Durch tritt durch einen von dem Anregungsstrahl ebenfalls beaufschlagten dichroitischen Strahlteiler von dem Anregungsstrahl abtrennbar und wird auf einen Detek tor gelenkt. Mit dieser Vorrichtung ist zwar fest stellbar, ob detektierte Effekte aus dem Material innern oder von der Materialoberfläche kommen, aller dings ergibt sich bei insbesondere nahe der Wellen länge des Anregungsstrahles vorgenommener Auswertung ein hoher Streulichtanteil, der sich nachteilig auf das Signal/Rauschverhältnis auswirkt und Messungen bei schwachen Signalen verhindert.DE 40 15 893 A1 describes a device for non-contact and non-destructive examination the inner and / or outer structure sorptive test specimens known, with a intensity-modulated excitation beam locally induced temperature modulation can be generated. The too reflected infrared radiation is by means of passes through one of the excitation beam as well applied dichroic beam splitter from that Excitation beam separable and is on a Detek gate directed. With this device is fixed adjustable whether detected effects from the material inside or come from the material surface, all However, the result is particularly close to the waves length of the excitation beam of the evaluation made a high proportion of stray light, which is disadvantageous the signal / noise ratio affects and measurements prevented with weak signals.

Aus DE 43 43 076 A1 ist eine Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche bekannt, bei der durch eine Ausnehmung in einer Sammellinse An regungsstrahlung auf eine zu prüfende Oberfläche fällt. Die rückgeworfene Wärmestrahlung wird über die Sammellinse einem Detektor zugeführt. Durch die Trennung von Anregungsstrahl und Wärmestrahl ohne gemeinsame optische Bauelemente lassen sich die ein zelnen Komponenten optimal an die einzelnen Wellen längen anpassen und insbesondere auch rückgeworfene Wärmestrahlung im Spektralbereich nahe der An regungsstrahlung verwerten, ohne daß von beiden Strahlungen beaufschlagte optische Bauelemente zu einer Überlagerung des Meßsignales mit dem An regungsstrahl führen, bei der entweder der An regungsstrahl mit merklicher Intensität auf den Detektor treffen oder die Wärmestrahlung von dem Detektor abgehalten würde. Diese Vorrichtung weist aber den Nachteil auf, daß die Größe der optischen Elemente für eine bestimmte Strahlgeometrie genau aufeinander abgestimmt sein muß, um ein Mindestmaß an Verlusten durch die Ausnehmung in der Sammellinse zu erzielen.DE 43 43 076 A1 describes a device for known photothermal testing of a surface at which through a recess in a converging lens excitation radiation on a surface to be tested falls. The reflected heat radiation is over the Converging lens fed to a detector. Through the Separation of excitation beam and heat beam without common optical components can be a individual components optimally to the individual shafts adjust lengths and especially discarded ones Heat radiation in the spectral range close to the An utilize excitation radiation without either Radiation applied to optical components an overlay of the measurement signal with the An lead beam of rays, in which either the An with a noticeable intensity on the Hit detector or the heat radiation from that Detector would be held. This device exhibits but the disadvantage is that the size of the optical Precise elements for a given beam geometry must be coordinated to a minimum Losses due to the recess in the converging lens achieve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei schnellen Reihenuntersuchungen in ihrer optischen Genauigkeit stabil und wenig störanfällig ist.The invention has for its object a direction of the type mentioned to create the for rapid screening examinations in their optical Accuracy is stable and less prone to interference.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wenigstens eine Spiegelelement vollständig in den Strahlengang einbringbar sowie vollständig aus dem Strahlengang entfernbar ist und bezüglich des Überlagerungsabschnittes einen festen Ablenkwinkel aufweist.According to the invention, this object is achieved by that the at least one mirror element is completely in the beam path can be inserted as well as completely the beam path is removable and with respect to the Overlay section a fixed deflection angle having.

Durch das winkeltreue Einbringen und vollständige Entfernen des Spiegelelementes aus dem Strahlengang ist zum einen eine hohe Geschwindigkeit bei Wechsel zwischen Beaufschlagen des Objektes mit Ausgangs strahlung sowie der Erfassung der Wärmestrahlung und zum anderen eine hohe optische Genauigkeit der Kollinearität zwischen der Ausgangsstrahlung der Anregungsstrahlungsquelle und der Wärmestrahlung erzielt, so daß eine hohe Abstandstoleranz gegeben ist. Weiterhin ist durch das winkeltreue Einbringen in den Strahlengang beziehungsweise Entfernen des Spiegelelementes aus dem Strahlengang eine einfach zu kontrollierende Ablenkung beziehungsweise Absorption des Ausgangsstrahles durchführbar. Dabei ist für das Spiegelelement eine geringe Positioniergenauigkeit bezüglich des Strahlenganges bei Einbringen und Ent fernen ausreichend.Due to the correct insertion and complete Removing the mirror element from the beam path is on the one hand a high speed when changing between loading the object with the exit radiation and the detection of heat radiation and on the other hand a high optical accuracy of the Collinearity between the output radiation of the Excitation radiation source and heat radiation achieved so that a high distance tolerance is given is. Furthermore, due to the correct angle of insertion in the beam path or removing the Mirror element from the beam path an easy to controlling distraction or absorption of the output beam feasible. It is for that Mirror element a low positioning accuracy with regard to the beam path during insertion and ent far enough.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform sind wenigstens zwei Spiegelelemente beispielsweise mit kreissegment artiger, kreisförmiger oder ovaler Gestalt an einer Drehachse eines Schrittmotors angebracht, die unter einem festen Ablenkwinkel für die Strahlungen für die Reflexionsstellung in den Strahlengang hereindrehbar und für die Transmissionsstellung aus dem Strahlen gang herausdrehbar sind. In einer weiteren Aus führungsform ist ein Spiegelelement unter einem festen Ablenkwinkel in den Strahlengang hereinschieb bar und aus dem Strahlengang herausschiebbar.In an expedient embodiment, at least two mirror elements, for example with a circular segment like a circular or oval shape on one Rotation axis of a stepper motor attached below a fixed deflection angle for the radiation for the The reflection position can be turned into the beam path and for the transmission position from the blasting gear can be turned out. In another out leadership form is a mirror element under one insert a fixed deflection angle into the beam path bar and can be pushed out of the beam path.

Bei beiden Ausführungsformen kann vorgesehen sein, daß entweder die Ausgangsstrahlung oder die Wärme strahlung reflektiert wird. Zweckmäßig ist ins besondere, daß das jeweilige Spiegelelement bei Ein tritt in den Strahlengang und Austritt aus dem Strahlengang eine hohe Geschwindigkeit aufweist, so daß eine nachteilige ungleichmäßige Bestrahlung des Objektes und nur partielle Beaufschlagung des Detek tors mit Wärmestrahlung sowie einer Überlagerung der Bestrahlungs- und Emissionsphase minimiert ist. Dies ist sowohl bei dem Hereindrehen beziehungsweise Herausdrehen oder Hineinschieben beziehungsweise Herausschieben in technisch einfacher Weise dadurch realisierbar, daß die Spiegelelemente bei Beauf schlagen mit der betreffenden Strahlung vor Abbruch der Reflexion beschleunigt werden, so daß die Be strahlungsunterbrechung beziehungsweise Meßpause vor dem Wechsel in die Transmissionsstellung minimiert ist.In both embodiments it can be provided that either the output radiation or the heat radiation is reflected. It is expedient special that the respective mirror element at one enters the beam path and emerges from the Beam path has a high speed, so that an adverse uneven irradiation of the Object and only partial loading of the detec tors with heat radiation and an overlay of the Irradiation and emission phase is minimized. This is both when turning in Unscrew or push in respectively Push it out in a technically simple way realizable that the mirror elements at Beauf beat with the radiation in question before termination the reflection are accelerated so that the loading radiation interruption or measurement pause the change to the transmission position is minimized is.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:Further expedient configurations and advantages of Invention result from the dependent claims and the following description of execution examples with reference to the figures of the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von induzierter Wärmestrahlung mit zwei in den Strahlengang hinein- und herausdreh baren Spiegelelementen, bei der ein Spiegelelement von Ausgangsstrahlung einer Anregungsstrahlungsquelle zum Erzeugen von induzierter Wärmestrahlung beaufschlagt ist, Fig. 1 shows a device for generating and detecting induced heat radiation with two zoom in the beam path and out cash rotating mirror elements, wherein a mirror element of output radiation of a source of excitation radiation is applied for generating induced heat radiation,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit aus dem Strahlengang herausgedrehten Spiegel elementen zum Erfassen der induzierten Wärmestrahlung durch einen Detektor, Fig. 2 shows the device of FIG. 1 with rotated out of the beam path mirror elements for detecting the induced heat radiation by a detector,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vor richtung zum Erzeugen und Erfassen von in duzierter Wärmestrahlung mit einem in den Strahlengang hinein- und herausschiebbaren Spiegelelement in einer Stellung, bei der es von Ausgangsstrahlung einer Anregungs strahlungsquelle zum Erzeugen der induzier ten Wärmestrahlung beaufschlagt ist, und Fig. 3 shows another embodiment of an on device for generating and detecting in induced heat radiation with a mirror element which can be pushed in and out in the beam path in a position in which it is acted upon by output radiation from an excitation radiation source for generating the induced heat radiation, and

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit auf dem Strahlengang herausgeschobenem Spiegel element zum Erfassen der induzierten Wärme strahlung durch einen Detektor. Fig. 4 shows the device of FIG. 3 with the mirror element pushed out on the beam path for detecting the induced heat radiation by a detector.

Fig. 1 zeigt in einer Perspektiven Ansicht den grund legenden Aufbau eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von induzierter Wärmestrahlung gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 verfügt als breitbandige Anregungs strahlungsquelle über eine kontinuierlich strahlende Weißlichtquelle 1, beispielsweise eine Halogenlampe mit einigen 10 Watt Leistungsaufnahme, mit der nach Durchtritt durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Strahlformungsoptik sowie Abschirmblenden ein leicht divergenter breitbandiger Ausgangsstrahl 2 mit einem Divergenzwinkel von einigen Grad erzeugbar ist. Fig. 1 shows a perspective view of the basic structure of an embodiment of a device for generating and detecting induced heat radiation according to the invention. The device according to FIG. 1, as a broadband excitation radiation source, has a continuously radiating white light source 1 , for example a halogen lamp with a few 10 watt power consumption, with which after passing through a beam shaping optics (not shown in FIG. 1) and shielding diaphragms, a slightly divergent broadband output beam 2 with a Divergence angle of a few degrees can be generated.

Der Ausgangsstrahl 2 beaufschlagt in der in Fig. 1 dargestellten Reflexionsstellung ein gegenüber dem Ausgangsstrahl 2 schräggestelltes Spiegelelement 3 in Gestalt eines Kreissegmentes in einem Randbereich 4. Das Spiegelelement 3 ist Teil einer Strahlablenk einrichtung 5, die ein weiteres kreissegmentförmiges Spiegelelement 6 aufweist, das dem erstgenannten Spiegelelement 3 in der gleichen Spiegelebene gegen überliegt. Die Spiegelelemente 3, 6 sind an einer Drehachse 7 eines in der Darstellung gemäß Fig. 1 teilweise verdeckt gezeigten Schrittmotors 8 an gebracht, mit dem die Spiegelelemente 3, 6 bei gleichem festen Ablenkwinkel drehbar sind. Die Spiegelelemente 3, 6 weisen jeweils einen Segment winkel 9 auf, der höchstens der Hälfte des durch die Anzahl der Spiegelelemente 3, 6 geteilten Vollwinkels von 360 Grad entspricht. Die Stellung der Spiegelelemente 3, 6 ist mit einer feststehenden, an dem Außenrand 10 eines Spiegelelementes 3, 6 an geordneten Winkellichtschranke 11 als Positionsdetek tor detektierbar.The output beam 2 applied in the embodiment shown in FIG. 1, a reflection position with respect to the output beam 2 obliquely positioned mirror element 3 in the form of a circular segment in an edge region 4. The mirror element 3 is part of a beam deflection device 5 , which has a further circular segment-shaped mirror element 6 , which is opposite the first-mentioned mirror element 3 in the same mirror plane. The mirror elements 3 , 6 are attached to an axis of rotation 7 of a stepping motor 8 , which is partially covered in the illustration according to FIG. 1, with which the mirror elements 3 , 6 can be rotated at the same fixed deflection angle. The mirror elements 3 , 6 each have a segment angle 9 , which corresponds to at most half of the full angle divided by the number of mirror elements 3 , 6 of 360 degrees. The position of the mirror elements 3, 6 is provided with a fixed, at the outer edge 10 of a mirror element 3, 6 of ordered angle light barrier 11 as Positionsdetek tor detectable.

Nach Reflexion an dem Spiegelelement 3 beaufschlagt der Ausgangsstrahl 2 ein Objekt 12, an dem beispiels weise die Dicke einer auf der Oberfläche auf gebrachten Beschichtung, insbesondere einer Lack schicht, zu bestimmen ist.After reflection on the mirror element 3, the output beam 2 acts on an object 12 , on which, for example, the thickness of a coating applied to the surface, in particular a lacquer layer, is to be determined.

Weiterhin verfügt die in Fig. 1 dargestellte Vor richtung über einen im Spektralbereich bei Raum temperatur für die Wärmestrahlung hochempfindlichen Detektor 13, mit dem, wie weiter näher erläutert, über eine Abbildungsoptik 14 das Abklingen der durch den Ausgangsstrahl 2 induzierten Wärmestrahlung er faßbar ist. Der Detektor 13 weist eine spektrale Empfindlichkeitscharakteristik auf, die an das Spektrum der induzierten Wärmestrahlung auf maximale Signalausbeute in diesem Ausführungsbeispiel bei Raumtemperatur oder in Abwandlungen auch bei höherer beziehungsweise niedrigerer Eigentemperatur des Ob jektes 12 angepaßt ist. Dadurch ist eine verhältnis mäßig wenig intensive Weißlichtquelle 1 ausreichend, um zufriedenstellende Meßsignale zu erhalten.Furthermore, features shown in Fig. 1 shown before direction over a temperature high-sensitivity in the spectral range at room for the heat radiation detector 13, which, as explained in more detail, an imaging optical system 14, it is the decay of the induced by the output beam 2 heat radiation grasped. The detector 13 has a spectral sensitivity characteristic which is adapted to the spectrum of the induced thermal radiation for maximum signal yield in this embodiment at room temperature or in modifications even at a higher or lower intrinsic temperature of the object 12 . As a result, a relatively low-intensity white light source 1 is sufficient to obtain satisfactory measurement signals.

Unmittelbar vor dem Eingangsfenster des Detektors 13 ist ein über einen Abschirmradantrieb 15 drehbares Abschirmrad 16 vorgesehen. Das Abschirmrad 16 weist je zwei sich gegenüberliegende, für den Spektral bereich des Ausgangsstrahles 2 undurchlässige Ab schirmsegmente 17, 18 und zwei wenigstens für die Wärmestrahlung durchlässige Transmissionssegmente 19, 20 auf. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Ab schirmrades 16 ist das Abschirmsegment 18 zum Schutz des hochempfindlichen Detektors 13 vor Übersteuerung oder gar Zerstörung durch im Vergleich zu der zu er fassenden Wärmestrahlung möglicherweise sehr viel intensiveren Streustrahlung der Weißlichtquelle 1 vor das Eingangsfenster des Detektors 13 gedreht.Immediately in front of the input window of the detector 13 , a shielding wheel 16 which can be rotated via a shielding wheel drive 15 is provided. The shielding wheel 16 has two opposing shield segments 17 , 18, which are impermeable to the spectral range of the output beam 2 , and two transmission segments 19 , 20 which are at least permeable to heat radiation. As shown in Fig. 1 position of the ex screen wheel 16 is the Abschirmsegment 18 to protect the highly sensitive detector 13 from being distorted or even destruction by possibly much more intense compared to the comprehensive to he thermal radiation scatter the white light source 1 before the entrance window of the detector 13 turned.

Weiterhin ist eine elektronische Drehsteuereinheit 21 vorgesehen, an die der Schrittmotor 8, die Winkel lichtschranke 11 und der Abschirmradantrieb 15 an geschlossen sind.Furthermore, an electronic rotary control unit 21 is provided, to which the stepper motor 8 , the angle light barrier 11 and the shielding wheel drive 15 are closed.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit dem Spiegelelement 3, das aus dem durch den Ausgangs strahl 2 und einem bei und nach Bestrahlung mit dem Ausgangsstrahl 2 durch thermooptische Prozesse an der Oberfläche des Objektes 12 erzeugten Wärmestrahl 22 gebildeten Strahlengang 23 über Steuersignale aus der Drehsteuereinheit 21 herausgedreht ist. Nach Heraus drehen des Spiegelelementes 3 aus dem Strahlengang 23 in die Transmissionsstellung kreuzt der Ausgangs strahl 2 den Wärmestrahl 22 in der Anordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im wesentlichen rechtwinklig und ist beispielsweise in einem in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellten Absorber absorbiert. In der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Vorrichtung verlaufen der Ausgangsstrahl 2 und der Wärmestrahl 22 zwischen der Reflexion im Randbereich 4 der Spiegelelemente 3, 6 und dem Objekt 12 in einem Überlagerungsabschnitt 24 zueinander kollinear, so daß eine weitgehende Abstandsunabhängigkeit der Messung gewährleistet ist. Fig. 2 shows the device according to FIG. 1 with the mirror element 3 , the beam path 23 formed from the heat beam 22 generated by the output beam 2 and one during and after irradiation with the output beam 2 by thermo-optical processes on the surface of the object 12 via control signals is turned out of the rotary control unit 21 . After removing the mirror element 3 from the beam path 23 1 to rotate in the transmission position of the output crosses beam 2 the heat-beam 22 in the arrangement shown in Fig. And Fig. 2 is substantially rectangular, and is, for example, in one illustrated in Fig. 1 and Fig. 2 is not Absorber absorbed. In the embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 2 apparatus, the output beam 2 and the heat-beam 22 extend between the reflection in the edge area 4 of the mirror elements 3, 6 and the object 12 in a superimposing section 24 to each other collinear, so that a far-reaching distance independence of the measurement guarantees is.

Weiterhin ist in der in Fig. 2 dargestellten Trans missionsstellung der Spiegelelemente 3, 6 das Ab schirmrad 16 in einer Stellung, in der das Trans missionssegment 20 über Steuersignale aus der Dreh steuereinheit 21 vor das Eingangsfenster des Detek tors 13 gedreht ist, so daß der Wärmestrahl 22 den Detektor 13 beaufschlagt. Neben einer breitbandigen Energieausnutzung der Weißlichtquelle 1 ergibt sich durch die Breitbandigkeit eine relativ hohe spektrale Unabhängigkeit von der Farbzusammensetzung der die Wärmestrahlung erzeugenden Materialien des Objektes 12.Furthermore, in the trans mission position shown in FIG. 2 of the mirror elements 3 , 6, the screen wheel 16 is in a position in which the trans mission segment 20 is rotated via control signals from the rotary control unit 21 in front of the input window of the detector 13 , so that the Heat beam 22 acts on the detector 13 . In addition to a broadband energy utilization of the white light source 1 , the broadband nature results in a relatively high spectral independence from the color composition of the materials of the object 12 that generate the thermal radiation.

Um zuverlässige Meßwerte bei der Bestimmung der Schichtdicke einer auf die Oberfläche des Objektes 12 aufgebrachten Beschichtung zu erhalten, ist der Schrittmotor 8 von der Drehsteuereinheit 21 über Signale mit zunehmender Frequenz angesteuert, so daß das Spiegelelement 3 nach der größtmöglichen Be schleunigungswinkelstrecke zwischen dem nahe einer Eintrittskante 25 angeordneten, von dem Ausgangs strahl 2 beaufschlagten Randbereich 4 und einer der Eintrittskante 25 gegenüberliegenden Austrittskante 26 des Spiegelelementes 3 bei Herausdrehen aus dem Strahlengang 23 eine maximale Geschwindigkeit er reicht hat. Das Durchschneiden des Strahlenganges 23 erfolgt typischerweise in wenigen Millisekunden. Dadurch ist eine nur sehr kurze ungleichmäßige Aus leuchtung des Objektes 12 sowie ein nur sehr kurz zeitiges partielles Beaufschlagen des Detektors 13 durch den Wärmestrahl 22 und nur kurzzeitige Über lagerung von Bestrahlungs- und Emissionsphase mit dementsprechend nur unwesentlich beeinflußten Meß werten bei dem Messen des Abklingens der Intensität des Wärmestrahles 22 insbesondere auch bei kurzen Meßzeiten von einigen Millisekunden sichergestellt. In order to obtain reliable measured values when determining the layer thickness of a coating applied to the surface of the object 12 , the stepper motor 8 is controlled by the rotary control unit 21 via signals with increasing frequency, so that the mirror element 3 after the greatest possible acceleration angle distance between the near an entry edge 25 arranged, from the output beam 2 edge region 4 and one of the leading edge 25 opposite the leading edge 26 of the mirror element 3 when unscrewing from the beam path 23 he has reached a maximum speed. The beam path 23 is typically cut through in a few milliseconds. As a result, there is only a very short uneven illumination of the object 12 and only a very short time partial exposure of the detector 13 by the heat beam 22 and only a brief overlaying of the radiation and emission phases with correspondingly only insignificantly influenced measurement values when measuring the decay of the Intensity of the heat beam 22 is ensured in particular even with short measuring times of a few milliseconds.

Nach dem Herausdrehen des Spiegelelementes 3 aus dem Strahlengang 23 ist der Schrittmotor 8 mit Steuer signalen abnehmender Frequenz aus der Drehsteuer einheit 21 abgebremst und in eine Mittelstellung zum ungehinderten Durchtritt des Ausgangsstrahles 2 und des Wärmestrahles 22 zwischen den Spiegelelementen 3, 6 gedreht. In einer Abwandlung dreht sich die Dreh achse 7 langsam weiter, ohne während der Trans missionsphase den Durchtritt des Wärmestrahles 22 zwischen den Spiegelelementen 3, 6 zu behindern.After unscrewing the mirror element 3 from the beam path 23 , the stepper motor 8 is decelerated with control signals of decreasing frequency from the rotary control unit 21 and rotated into a central position for unimpeded passage of the output beam 2 and the heat beam 22 between the mirror elements 3 , 6 . In a modification, the axis of rotation 7 rotates slowly without hindering the passage of the heat beam 22 between the mirror elements 3 , 6 during the trans mission phase.

Für den Beginn einer neuen Messung wird der Schritt motor 8 erneut beschleunigt, wobei bei gleicher Dreh richtung nunmehr eine Eintrittskante 27 des anderen Spiegelelementes 6 den Ausgangsstrahl 2 mit höchster Geschwindigkeit durchschneidet. Nach Abbremsen des Schrittmotors 8 bei ständiger Reflexion des Ausgangs strahles 2 an dem Spiegelelement 6 vor Erreichen einer der Eintrittskante 27 gegenüberliegenden Aus trittskante 28 wird das Spiegelelement 6 mittels Steuersignalen aus der Drehsteuereinheit 21 so ge dreht, daß der Ausgangsstrahl 2 das Spiegelelement 6 entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Anordnung in einem der Eintrittskante 27 benachbarten Randbereich 4 beaufschlagt.For the start of a new measurement, the step motor 8 is accelerated again, with an entry edge 27 of the other mirror element 6 now cutting through the output beam 2 at the highest speed in the same direction of rotation. After braking the stepper motor 8 with constant reflection of the output beam 2 on the mirror element 6 before reaching one of the leading edge 27 opposite trailing edge 28 , the mirror element 6 is rotated by means of control signals from the rotary control unit 21 so that the output beam 2, the mirror element 6 corresponding to the in arrangement shown Fig. 1 applied to 27 adjacent edge portion 4 at one of the leading edge.

Kurz vor dem Eindrehen des Spiegelelementes 6 wird mittels Steuersignalen aus der Drehsteuereinheit 21 das Abschirmrad 16 soweit gedreht, daß das Abschirm segment 17 den Detektor 13 schützend abdeckt. Die Winkellichtschranke 11 dient dem Erfassen des Durch laufes einer Eintrittskante 25, 27, so daß zum einen die Stellung der Drehachse 7 des Schrittmotors 8 feststellbar und zum anderen die Anzahl der Steuer signale der Drehsteuereinheit 21 dahingehend korri gierbar ist, daß eventuelle Drehverschiebungen aus gleichbar sind.Shortly before screwing in the mirror element 6 , the shielding wheel 16 is rotated by means of control signals from the rotary control unit 21 to such an extent that the shielding segment 17 protects the detector 13 . The angular light barrier 11 is used to detect the passage of an entry edge 25 , 27 , so that, on the one hand, the position of the axis of rotation 7 of the stepping motor 8 can be determined and, on the other hand, the number of control signals from the rotary control unit 21 can be corrected to the extent that any rotational displacements are comparable .

Durch die oben beschriebene Ausgestaltung wird zum einen durch die in einer Ebene angeordneten drehbaren Spiegelelemente 3, 6 mit festem Ablenkwinkel durch die kollineare Ausrichtung des Ausgangsstrahles 2 und des Wärmestrahles 22 in dem Überlagerungsabschnitt 24 eine abstandsunabhängige Bestrahlung des Objektes 12 erzielt, zum anderen durch die zeitliche Strahl trennung eine Vermischung von Strahlanteilen gleicher Frequenzbereiche des Ausgangsstrahles 2 mit dem Wärmestrahl 22 ausgeschlossen, so daß dem Detektor 13 sogar Wärmestrahlung in einem Frequenzbereich zu führbar ist, in dem auch eine intensive Emission aus der breitbandigen Lichtquelle, beispielsweise der Weißlichtquelle 1, erfolgt.Due to the above-described configuration, a distance-independent irradiation of the object 12 is achieved on the one hand by the rotatable mirror elements 3 , 6 arranged in one plane with a fixed deflection angle by the collinear alignment of the output beam 2 and the heat beam 22 in the overlay section 24 , and on the other hand by the temporal Beam separation a mixture of beam portions of the same frequency ranges of the output beam 2 with the heat beam 22 excluded, so that the detector 13 even heat radiation can be carried out in a frequency range in which there is also an intense emission from the broadband light source, for example the white light source 1 .

Fig. 3 zeigt in einer perspektiven Ansicht den grundlegenden Aufbau eines weiteren Ausführungs beispieles einer Vorrichtung zum Erzeugen und Er fassen von induzierter Wärmestrahlung gemäß der Er findung. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 sind die der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ent sprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht mehr näher erläutert. Die Vor richtung gemäß Fig. 3 weist als Strahlablenkeinrichtung eine Translationsstrahl ablenkeinrichtung 29 auf, die über einen von einem Translationsmotor 30 angetriebenen Translations spiegel 31 verfügt. Der Translationsspiegel 31 ist auf einer Laufschiene 32 unter einem festen Ablenk winkel gegenüber dem Ausgangsstrahl 2 zwischen einer Reflexionsstellung und einer Transmissionsstellung verschiebbar, wobei in der Reflexionsstellung, die in der Stellung des Translationsspiegels 31 gemäß Fig. 3 nahezu eingenommen ist, der Ausgangsstrahl 2 der Weißlichtquelle 1 auf das Objekt 12 reflektiert ist. Fig. 3 shows a perspective view of the basic structure of a further embodiment example of a device for generating and detecting induced heat radiation according to the invention. In the apparatus of Fig. 3, the device 2 ent speaking parts are shown in FIG. 1 and FIG. Provided with the same reference numerals and are not explained more in detail hereinafter. The advantages according to the direction of Fig. 3 has a beam deflection device a translational beam deflector 29 which has a generator driven by a translation motor 30 Translations mirror 31. The translation mirror 31 is displaceable on a running rail 32 at a fixed deflection angle relative to the output beam 2 between a reflection position and a transmission position, the output beam 2 of the white light source being in the reflection position, which is almost assumed in the position of the translation mirror 31 according to FIG. 3 1 is reflected on the object 12 .

Die beiden Stellungen des Translationsspiegels 31 sind mittels einer Reflexionslichtschranke 33 und einer Transmissionslichtschranke 34 als Positions detektoren detektierbar, wobei die Reflexions lichtschranke 33 und die Transmissionslichtschranke 34 endseitig an der Laufschiene 32 angebracht sind. In der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Trans lationsspiegels 31 ist die Endstellung zur Reflexion nahezu erreicht, nachdem eine zu dem Ausgangsstrahl 2 hingewandte Strahlkante 35 des Translationsspiegels 31 den Ausgangsstrahl 2 durchschnitten hat. In der Reflexionsstellung des Translationsspiegels 31 ist einer Translationssteuereinheit 36 ein von der Re flexionslichtschranke 33 abgegebenes Signal einspeis bar, mit der daraufhin die von der Translations steuereinheit 36 über den an sie angeschlossenen Translationsmotor 30 gesteuerte Verschiebung abbrems bar ist und bei einer Reflexion nahe einer der Strahlkante 35 gegenüberliegenden Reflexionsseite 37 des Translationsspiegels 31 zum Stillstand kommt.The two positions of the mirror 31 are translation by means of a reflection light barrier 33 and a transmission light sensor 34 as position detectors detectable, wherein the reflection light barrier 33 and the transmission light barrier 34 are attached to the end of the running rail 32nd In the embodiment shown in Fig. 3 position of the Trans lationsspiegels 31, the end position is almost reached to reflect, after a hinge turned to the output beam 2 of the translation beam edge 35 has cut through the mirror 31 the output beam 2. In the reflective position of the translation mirror 31 , a translation control unit 36 can receive a signal emitted by the reflection light barrier 33 , with which the translation control unit 36 controlled by the translation motor 30 via the translation motor 30 connected to it can then be braked and in the event of reflection near one of the beam edges 35 opposite reflection side 37 of the translation mirror 31 comes to a standstill.

In dieser Reflexionsstellung ist der Detektor 13 durch das über Steuersignale aus der Translations steuereinheit 36 drehbare Abschirmrad 16 mit vor gelagertem Abschirmsegment 18 vor Überlastung ge schützt.In this reflection position, the detector 13 is protected against overload by the shielding wheel 16 , which can be rotated via control signals from the translation control unit 36, with a shielding segment 18 stored in front of it.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit dem in die Transmissionsstellung verschobenen Translations spiegel 31 nach ausreichender Bestrahlung des Ob jektes 12 durch den Ausgangsstrahl 2. An dem aus dem Strahlengang 23 herausgeschobenen Translationsspiegel 31 vorbei gelangt nun ein Teil der Wärmestrahlung als Wärmestrahl 22 über die Abbildungsoptik 14 und das nach Drehung des Abschirmrades 16 vorgelagerte Trans missionssegment 20 zur Messung auf den Detektor 13, dessen Ausgangssignal der Translationssteuereinheit 36 zur Auswertung der zeitlich abklingenden Inten sität des Wärmestrahles 22 einspeisbar ist. FIG. 4 shows the device according to FIG. 3 with the translation mirror 31 shifted into the transmission position after sufficient irradiation of the object 12 by the output beam 2 . At the translation mirror 31 pushed out of the beam path 23 , part of the heat radiation now passes as heat beam 22 via the imaging optics 14 and, after rotation of the shielding wheel 16, upstream trans mission segment 20 for measurement on the detector 13 , the output signal of the translation control unit 36 for evaluating the time decaying intensity of the heat beam 22 can be fed.

Auch in dem in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Aus führungsbeispiel erfolgt die Verschiebung des Trans lationsspiegels 31 über die Translationssteuereinheit 36 derart gesteuert, daß die Strahlkante 35 den Aus gangsstrahl 2 mit maximaler Geschwindigkeit innerhalb typischerweise einiger Millisekunden durchschneidet, so daß auch hier die sich aufgrund ungleichmäßiger Bestrahlung des Objektes 12 und nur partieller Trans mission des Wärmestrahles 22 sowie durch Überlagerung der Bestrahlungs- und Emissionsphase ergebenden Meß fehler minimiert sind. Durch das Verschieben des Translationsspiegels 31 unter einem festen Ablenk winkel ist ebenfalls die kollineare Ausrichtung des Ausgangsstrahles 2 und des Wärmestrahles 22 für die erforderliche Abstandsunabhängigkeit erreicht.Operation example in the in Fig. 3 and Fig. 4 shown from the displacement of the Trans lationsspiegels 31 via the translation control unit 36 takes place controlled such that the beam edge 35 pass beam cuts through the off 2 at maximum speed within typically a few milliseconds so that here also the errors due to uneven irradiation of the object 12 and only partial trans mission of the heat beam 22 and by superimposing the irradiation and emission phase resulting measurement errors are minimized. By moving the translation mirror 31 at a fixed deflection angle, the collinear alignment of the output beam 2 and the thermal beam 22 is also achieved for the required distance independence.

In gegenüber den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 abgewandelten Ausführungs formen sind die Positionen der Weißlichtquelle 1 und des Detektors 13 mit vorgelagerter Abbildungsoptik 14 und Abschirmrad 16 vertauscht, so daß in den Trans missionsstellungen der Ausgangsstrahl 2 auf das Ob jekt 12 auftrifft und in den Reflexionsstellungen der Wärmestrahl 22 auf den Detektor 13 reflektiert ist.In relation to the embodiments according to Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 modified execution form the positions of the white light source 1 and the detector 13 with upstream imaging optics 14 and Abschirmrad 16 are reversed, so that mission positions in the transmembrane of the output beam 2 on the object 12 strikes and is reflected in the reflection positions of the heat beam 22 on the detector 13 .

Claims

1. Apparatus for generating and detecting induced heat radiation with an excitation radiation source, with the output radiation of which an object can be acted upon, with a detector with which radiation induced by the output radiation of the excitation radiation source can be detected, and with one in the beam path between the Excitation radiation source, the object and the detector arranged beam deflecting device, wherein the output radiation and the heat radiation between the object and the beam deflecting device run collinearly in an overlay section, and wherein the beam deflecting device has at least one mirror element connected to a drive unit, which has the drive unit the overlay section limited, characterized in that the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) can be fully inserted into the beam path ( 23 ) and completely removed from the beam path ( 23 ) is imaginable and has a fixed deflection angle with respect to the overlay section ( 24 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the position of the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) with at least one position detector (angle light barrier 11 ; reflection light barrier 33 , transmission light barrier 34 ) can be determined.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) at A enters the beam path ( 23 ) and upon exit from the beam path ( 23 ) the highest during movement achievable speed.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that with the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) the output radiation (output beam 2 ) from the excitation radiation source (white light source 1 ) can be deflected onto the object ( 12 ).

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that with the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ), the induced heat radiation (heat beam 22 ) from the object ( 12 ) to the detector ( 13 ) can be deflected.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive unit has a stepper motor ( 8 ) with an axis of rotation ( 7 ) on which the at least one mirror element ( 3 , 6 ) is attached, the least least one Mirror element ( 3 , 6 ) can be rotated into the beam path ( 23 ) and can be rotated out of the beam path ( 23 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the beam deflection device ( 5 ) has two opposite mirror elements ( 3 , 6 ).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that each mirror element ( 3 , 6 ) has the shape of a segment of a circle.

9. The device according to claim 8, characterized in that the segment angle (9) of each mirror element (3, 6) at most a half of the corresponding by the number of mirror elements (3, 6) divided full angle of 360 degrees.

10. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive unit has a translation device (translation motor 30 , track 32 ) with which we at least one mirror element (translation mirror 31 ) in the beam path ( 23 ) in and out of Beam path ( 23 ) can be moved out.

11. The device according to claim 10, characterized in that two position detectors (reflection light barrier 33 , transmission light barrier 34 ) are provided with which the end positions of the at least one mirror element (trans mirror 31 ) can be detected.

12. The device according to claim 3 and one of claims 6 to 11, characterized in that the at least one mirror element ( 3 , 6 ; Trans lationsspiegel 31 ) with the drive unit (stepper motor 8 ; translation motor 30 ) can be positioned in a position in which it can be acted upon by the output radiation (output beam 2 ) from the excitation radiation source (white light source 1 ) or the heat radiation (heat beam 22 ) in an edge region ( 4 ) located at the front in the direction of movement from the beam path ( 23 ), so that when the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) from the beam path ( 23 ) the at least one mirror element ( 3 , 6 ; translation mirror 31 ) is exposed to the radiation (output beam 2 , heat beam 22 ) over a maximum acceleration path.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the excitation radiation source is a broadband light source, preferably a white light source ( 1 ).

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the detector ( 13 ) with its spectral sensitivity with respect to maximum Si signal yield is adapted to the spectral intensity distribution of the heat radiation (heat beam 22 ).